Propiedades mecánicas de los materiales

Elasticidad: capacidad de ciertos materiales de sufrir deformaciones cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si se eliminan estas fuerzas exteriores que lo deformaban.

Módulo de elasticidad: es una medida de la rigidez inherente del material (Mpa ó lb/pulg2)

Plasticidad: capacidad mecánica de un material, de deformarse permanentemente cuando se encuentra sometido a fuerzas por encima de su límite elástico.

Ductilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material, bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: cobre.

Maleabilidad: capacidad que presentan algunos materiales de deformarse sin romperse permitiendo obtener láminas delgadas, bajo la acción de una fuerza, por ejemplo: cobre.

Propiedades mecánicas de los materiales

Fragilidad: capacidad de un material de romperse con escasa deformación. La rotura frágil absorbe poca energía, a diferencia de la rotura dúctil, que absorbe mucha energía.

Tenacidad: es la habilidad de un material para absorber energía durante la deformación plástica. Cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie de rotura bajo la acción de un esfuerzo progresivo. Se mide con el ensayo: tensión-deformación.La tenacidad se utiliza mucho, pero es difícil de medir. La forma de concretar el concepto es calcular el área bajo la curva de esfuerzo – deformación.

Dureza : es la oposición que presenta un material a ser rayado, cortado o penetrado.

Propiedades mecánicas de los materiales

Resiliencia: es la magnitud que cuantifica la cantidad de energía absorbida por unidad de superficie al romperse por efecto de un impacto. Se mide con el ensayo Charpy. Se mide en Julios por metro cuadrado : J/m2 (SI);o kgf·m/cm2; o kp·m/cm2

Acritud: es la propiedad de un metal de aumentar su dureza, su resistencia a tracción y su fragilidad debido a la deformación en frío.

Fatiga: deformación o rotura de un material si se le somete a la acción de cargas periódicas (alternativas o intermitentes) con cargas menores a la de rotura del material al actuar un número de veces o un tiempo determinado.

Propiedades mecánicas de los materiales

Maquinabilidad: propiedad de un metal de dejarse mecanizar con arranque de viruta. Son muy mecanizables la fundición gris y el bronce, con virutas cortadas en forma de escamas. El acero dulce y las aleaciones ligeras de alta tenacidad, producen virutas largas y no son muy mecanizables.

Colabilidad: capacidad de un metal fundido para rellenar completamente el molde y así producir piezas fundidas completas y sin defectos. Por ejemplo: fundición de hierro, de bronce, de latón y de aleaciones ligeras.

Relaciones esfuerzo - deformación

Tipos de esfuerzo:

• Esfuerzo de tensión• Esfuerzo de compresión• Esfuerzo cortante

La curva esfuerzo – deformación es la relación básica que describe las propiedades mecánicas para los tres tipos.

Deformación Elástica

Fluencia

Deformación Plástica

Estricción

Gráfica esfuerzo vs deformación

Propiedades ante la tensión

Tipos de curvas de deformación1. Curva de esfuerzo - deformación de ingeniería: es una prueba de

tensión que se define en relación con el área y longitud originales de la probeta.

Tipos de curvas de deformación2. Curva de esfuerzo – deformación verdadera: se toma en cuenta el área

real (instantánea) que es cada vez más pequeña conforme la prueba avanza.

Esfuerzo de ingenieríaSe define como la fuerza dividida entre área original;

0A

Fe

Donde: σe = esfuerzo de ingeniería, MPa ó lb/pulg2

F = fuerza aplicada durante la prueba, N ó lbA0 = área original de la probeta, mm2 ó pulg2

Deformación de ingenieríaSe puede calcular en cualquier punto de la prueba está dada por;

0

0

L

LLe

Donde:

L = longitud en cualquier punto durante el estiramiento(mm)

L0 = Longitud inicial(mm)

Ley de Hooke

Se aplica en la zona elástica donde la deformación es lineal.

eEe

Donde:

E = módulo de elasticidad (MPa)(lb/pulg2) (medida de rigidez del material)

Resistencia a la tensión

0A

FTS máx

Elongación

0

0

L

LLEL f

Reducción del área

0

0

A

AAAR f

Ejercicios1. Una prueba de tensión usa un espécimen(probeta) de

prueba que tiene una longitud de medición de 50 mm, y un área de 200 mm2. durante la prueba, el espécimen se vence bajo una carga de 98 000 N. la longitud de medición correspondiente es de 50,23 mm. Esto es el 0,2% del punto del punto de deformación. La carga máxima de 168 000 N se alcanza con una longitud de medición de 64,2 mm. Determine:

a) Resistencia de vencimiento(resistencia a la fluencia, límite elástico)

b) El módulo de elasticidadc) La resistencia a la tensión.

Fórmulas

0A

Fe

0

0

L

LLe

eEe

0A

FTS máx

0

0

L

LLEL f

0

0

A

AAAR f

Determinación del límite elásticoSi se disponen las tensiones en función de las deformaciones en un gráfico se observa que, en un principio y para la mayoría de los materiales (los elastómeros no lo cumplen, por ejemplo), aparece una zona que sigue una distribución casi lineal, donde la pendiente es el módulo de elasticidad E. Esta zona se corresponde a las deformaciones elásticas del material hasta un punto donde la función cambia de régimen y empieza a curvarse, zona que se corresponde al inicio del régimen plástico. Ese punto es el límite elástico.Debido a la dificultad para localizarlo exactamente y con total fidelidad, ya que en los gráficos experimentales la recta es difícil de determinar y existe una banda donde podría situarse el límite elástico, en ingeniería se adopta un criterio convencional y se considera como límite elástico la tensión a la cual el material tiene una deformación plástica del 0.2% (o también ε = 0.002)

Ejercicios2. En el problema 1 la fractura ocurre a una longitud de medición

de 67,3 mm. Determine:

a) La elongación porcentualb) Si el espécimen se estrangula cuando el área es de 92 mm2,

determine la reducción porcentual del área.

Ejercicios3. El espécimen en una prueba de tensión tiene una longitud

de medición de 2,0 pulg, y un área de 0,5 pulg2. Durante la prueba el espécimen se vence bajo una carga de 32 000 lb. la longitud de medición correspondiente es de 2,0083 pulg. Esto es el 0,2% del punto del punto de deformación. La carga máxima de 60 000 lb se alcanza con una longitud de medición de 2,60 pulg. Determine:

a) Resistencia de vencimiento(resistencia a la fluencia, límite elástico)

b) El módulo de elasticidadc) La resistencia a la tensión.

Ejercicios4. En el problema 3 la fractura ocurre cuando la longitud de

medición es de 2,92 pulg. Determine:

a) La elongación porcentualb) Si el espécimen se estrangula cuando el área es de 0,25 pulg2,

determine la reducción porcentual del área.